CN218731384U - 一种集成热管理结构的单体电芯及电池模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种集成热管理结构的单体电芯及电池模组，所述单体电芯包括芯包，还包括换热件，换热件上沿其长度方向具有安装空间，芯包至少一部分插设于安装空间中，且安装空间与芯包外表面相适配，换热件内设有供换热介质流动的换热流道，换热介质用于对芯包外表面实施热交换。本实用新型通过将芯包和具有换热功能的换热件集成在一起构成单体电芯，在单体电芯组成电池模组过程中，芯包上集成的换热件可以替代传统的热管理结构，大大减少了热管理结构和单体电芯装配复杂程度；同时每个电芯均被换热件所包裹，可以实现芯包较大面积的换热，提高芯包的换热效率，进而可以提高整个电池模组的换热效率。

Description

一种集成热管理结构的单体电芯及电池模组

技术领域

本实用新型涉及电池热管理技术领域，尤其涉及一种集成热管理结构的单体电芯及电池模组。

背景技术

目前动力电池一般在20～40度范围内时，其充放电性能最佳，寿命最好。当电池处于低温环境时，就需要通过热管理的加热功能使电池温度回到最佳工作温度范围内。动力电池工作时会产生热量，导致动力电池的温度不断上升，容易引发热失控，影响电池使用寿命，因此需要通过热管理的散热功能对动力电池进行散热。由此一来，为了使电池工作在其合理的温度范围之内，保障电池热安全性能，就需要在动力电池上安装热管理装置，来对电池进行合适的加热和冷却。

传统的动力电池热管理结构多采用在电池模组底面及侧面设置液冷板，来对单体电芯的底面及两个侧面进行冷却散热，同时在电池模组侧面粘贴加热膜，来实现对单体电芯两个侧面进行加热。上述热管理方式，存在液冷板与单体电芯仅有三个面进行接触，单体电芯大面与大面之间无法进行冷却，容易出现单体电芯大面之间温度过高，引发热失控。同时加热膜仅能对单体电芯两个侧面加热，也无法针对单体电芯大面与大面之间进行加热，单体电芯加热效率低，无法快速使电池升温。

公开号为CN114267901A的中国专利公开了一种电池模组及电池包，它包括多个电芯和液冷板，多个电芯并排设置形成电芯组，液冷板呈蛇型，并由电芯组的一端依次绕过每个电芯至电芯组的另一端，上述液冷板结构虽然可以通对单体电芯的大面进行散热或加热，但单体电芯其中一个侧面始终无法与液冷板进行接触，从而使单体电芯四周无法得到高效率加热或散热，进而使得电池模组换热效率降低。另外，在电池模组组装过程中，上述液冷板需要和各个单体电芯进行装配固定，需要更多的零部件参与，减小了电池模组的体积利用率，同时增大了单体电芯pack成电池模组时装配复杂程度。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种集成热管理结构的单体电芯及电池模组，来解决现有的热管理结构和单体电芯相互独立，热管理结构和单体电芯组成电池模组装配过程复杂的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一方面，本实用新型提供了一种集成热管理结构的单体电芯，所述单体电芯包括芯包，还包括换热件，所述换热件上沿其长度方向具有安装空间，所述芯包分插设于所述安装空间中，且所述安装空间的内表面与所述芯包外表面相连接，所述换热件内设有供换热介质流动的换热流道，所述换热介质用于对所述芯包外表面实施热交换。

在上述技术方案的基础上，优选的，所述芯包带有极柱的一端延伸出所述安装空间外侧，所述芯包远离极柱的一端位于所述安装空间内，所述安装空间两端所在的换热件上分别设置有与换热流道相连通的进液口和出液口。

作为一些实施例而言，所述换热件包括两块第一板体和两块第二板体，两块所述第一板体间隔平行设置，两块所述第一板体的同一端分别通过第二板体固定连接，两个所述第一板体和两块所述第二板体相互围合形成供芯包插入的所述安装空间，所述第一板体和所述第二板体内部均设置有相互连通的所述换热流道，所述出液口位于所述安装空间一端所在的第二板体上，所述出液口位于所述安装空间另一端所在的第二板体上。

进一步，优选的，所述第一板体与芯包的大面相接触，所述第二板体与芯包的侧面相接触，所述第一板体与芯包相接触的一面设置有等间距排布的弧形凸起。

作为另一些实施例而言，所述换热件还包括第三板体，所述第三板体位于换热件远离芯包极柱的一端，所述第三板体分别与两块第一板体及两块第二板体固定连接，以对所述安装空间的一端进行封堵，所述芯包远离极柱的一端与第三板体相接触。

进一步，优选的，所述第三板体内也设置有所述换热流道，所述第一板体、第二板体及第三板体内部的换热流道顺次串联；所述进液口位于安装空间开口端所在的第一板体或第二板体上，所述出液口位于第三板体上。

另一方面，本实用新型公开了一种电池模组，包括管路总成、汇流排及多个所述的单体电芯，多个所述单体电芯并排设置，所述单体电芯呈侧立设置，且所述芯包的极柱端朝向水平方向一端，所述芯包的大面相互邻接，相邻两个芯包的极柱之间通过所述汇流排进行导电连接，所述管路总成用于将多个所述单体电芯上的所述换热件进行连接。

作为一些实施例而言，所述管路总成包括进液管道和出液管道，所述进液管道用于将各个换热件上的进液口进行并联，所述出液管道用于将各个换热件上的出液口进行并联。

作为另一些实施例而言，所述管路总成包括输入管道、输出管道及连通管道，所述输入管道和输出管道分别与所述电池模组两端相同数量的至少两个相邻换热件上的进液口并联，所述电池模组中部的若干组相同数量的至少两个换热件之间通过连通管道进行串联。

本实用新型相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)本实用新型公开的集成热管理结构的单体电芯，通过设置换热件，并在换热件上开设安装空间，使芯包插设于安装空间中，并通过安装空间与芯包外表面适配，来使换热件集成设置在芯包外表面，同时通过在换热件内开设换热流道，可以向换热件内部通入换热介质，来实现对芯包外表面进行加热或散热，整个芯包和具有换热功能的换热件集成在一起构成单体电芯，在单体电芯组成电池模组过程中，芯包上集成的换热件可以替代传统的热管理结构，大大减少了热管理结构和单体电芯装配复杂程度；同时每个电芯均被换热件所包裹，可以实现芯包较大面积的换热，提高芯包的换热效率，进而可以提高整个电池模组的换热效率；

(2)通过使芯包带有极柱的一端延伸出安装空间外侧，并使芯包远离极柱的一端位于安装空间内，一方面，使芯包和换热件装配合理，方便芯包处于安装空间外部的部分可以实现电连接，另一方面，芯包位于安装空间内的部分能够实现与换热件更大面积的换热；

(3)通过使第一板体与芯包的大面相接触，同时第一板体与芯包相接触的一面设置有等间距排布的弧形凸起，一方面可以使芯包侧面与弧形凸起连接，使的芯包与安装空间实现过盈配合，另一方面，弧形凸起可以吸收芯包充放电过程中微膨胀变形；

(4)通过换热件远离芯包极柱的一端设置第三板体，可以对安装空间一端进行封堵，避免芯包在安装空间内相对于换热件发生位移，同时芯包被换热件进行五个面的包裹，可以实现对芯包进行保护；

(5)通过第三板体内也设置有换热流道，第一板体、第二板体及第三板体内部的换热流道顺次串联，可以实现芯包五个面进行换热，大大提高芯包的换热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型公开的集成热管理结构的单体电芯的立体结构示意图；

图2为本实用新型公开的芯包和换热件的结构示意图；

图3为本实用新型公开的换热件一种结构示意图；

图4为本实用新型公开的芯包与换热件一种装配结构平面剖视图；

图5为为本实用新型公开的换热件另一种结构示意图；

图6为本实用新型公开的芯包与换热件另一种装配结构平面剖视图；

图7为本实用新型公开的单体电芯剖面结构示意图；

图8为本实用新型公开的管道总成的一种结构示意图；

图9为本实用新型公开的管道总成另一种结构与单体电芯的第一视角装配结构示意图；

图10为本实用新型公开的管道总成另一种结构与单体电芯的第二视角装配结构示意图；

图11为图9中A处局部放大图；

图12为图9中B处局部放大图；

图13为图10中C处局部放大图；

附图标记：

1、单体电芯；10、芯包；20、换热件；200、安装空间；201、换热流道；202、进液口；203、出液口；204、第一板体；2041、弧形凸起；205、第二板体；206、第三板体；3、管路总成；31、进液管道；32、出液管道；33、输入管道；34、输出管道；35、连通管道。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

现有技术中，单体电芯在组成电池模组后，为了提高单体电芯的散热效率，需要在单体电芯底面铺设水平液冷板，同时还需要在单体电芯侧面与侧面、大面与大面之间设置侧向液冷板，来对单体电芯外表面实施散热。同时为了实现单体电芯的加热，还需要在单体电芯侧面与侧面或者大面与大面之间设置加热膜，这些散热部件及加热部件相互独立，需要分别在电池模组中与单体电芯进行组装，在组装过程中，需要更多的零部件参与，增大了单体电芯pack成电池模组时装配复杂程度。虽然现有技术中有公开了蛇形结构的一体化液冷板，可以实现对单体电芯三个表面进行散热，但其在电池模组装配过程中，需要和各个单体电芯实施装配连接，依旧存在装配复杂的问题。

为此，本实施例为了解决上述问题，提出了一种集成热管理结构的单体电芯，参照附图1和2所示，本实施例的单体电芯1包括芯包10及换热件20，换热件20上沿其长度方向具有安装空间200，由于芯包10为方形结构，因此，本实施例中换热件20外形为方形结构。

芯包10插设于安装空间200中，安装空间200的内表面与芯包10外表面相连接，由此可以实现芯包10插入到安装空间200内后，芯包10的外表面可以和安装空间200的内表面贴合固定。

值得注意的是，本实施例的芯包10插设于安装空间200中，是需要将芯包10的极柱端漏出安装空间200，方便在后续电池模组组装过程中进行电连接。

换热件20内设有供换热介质流动的换热流道201，换热介质用于对芯包10外表面实施热交换。在本实施例中，换热介质可以为水或其他可以加热或散热的液体。

采用上述技术方案，通过设置换热件20，并在换热件20上开设安装空间200，使芯包10插设于安装空间200中，并通过安装空间200与芯包10外表面适配，来使换热件20集成设置在芯包10外表面，同时通过在换热件20内开设换热流道201，可以向换热件20内部通入换热介质，来实现对芯包10外表面进行加热或散热，整个芯包10和具有换热功能的换热件20集成在一起构成单体电芯1，在单体电芯1组成电池模组过程中，芯包10上集成的换热件20可以替代传统的热管理结构，大大减少了热管理结构和单体电芯1装配复杂程度；同时每个电芯均被换热件20所包裹，可以实现芯包10较大面积的换热，提高芯包10的换热效率，进而可以提高整个电池模组的换热效率。

作为一些较佳实施方式，参照附图2和3所示，本实施例的芯包10带有极柱的一端延伸出安装空间200外侧，优选的，芯包10的顶盖端面和安装空间200开口端面齐平，仅使极柱漏出安装空间200外侧，由此使的芯包10和换热件20装配合理，方便多个芯包10在电池模组中实现电连接。

芯包10远离极柱的一端位于安装空间200内，由此设置，使芯包10位于安装空间200内的部分能够实现与换热件20更大面积的换热。作为优选的方式，芯包10远离极柱的一端和安装空间200端面齐平，一方面，使芯包10在换热件20内装配后合理利用空间，提高单体电芯1在电池模组的空间利用率。

安装空间200两端所在的换热件20上分别设置有与换热流道201相连通的进液口202和出液口203。通过进液口202和出液口203可以循环向换热件20内的换热流道201中通入换热介质，从而实现对安装空间200内的芯包10实施热交换，当芯包10需要加热时，通入加热介质，来实施对芯包10加热，当芯包10需要散热时，通入冷却介质，来实施对芯包10散热。

本实施例示出了换热件20一种结构形态，具体的，参照附图3和4所示，换热件20包括两块第一板体204和两块第二板体205，两块第一板体204间隔平行设置，两块第一板体204的同一端分别通过第二板体205固定连接，两个第一板体204和两块第二板体205相互围合形成供芯包10插入的安装空间200，在本实施中，安装空间200为两端开口状。在芯包10与换热件20装配时，直接将芯包10插入到安装空间200内实施过盈配合即可。

为了能够实现对芯包10四周进行散热，参照附图7所示，本实施例在第一板体204和第二板体205内部均设置有相互连通的换热流道201，同时，进液口202位于安装空间200一端所在的第二板体205上，出液口203位于安装空间200另一端所在的第二板体205上。值得注意的是，第二板体205内部沿宽度方向设置有两个互不连通的换热流道201，由此设置，通过进液口202将换热介质通入到第二板体205内的换热流道201中，第二板体205内的换热介质在换热流道201中依次经过第一板体204、第二板体205及第一板体204，最后流入到第二板体205内的换热流道201中，最终在通过出液口203流出。在本实施例中换热流道201设置为蛇形流道，可以使换热介质在换热流道201中呈现来回流动，提高芯包10表面换热均温性。

在本实施例中，第一板体204与芯包10的大面相接触，第二板体205与芯包10的侧面相接触，需要说明的是，芯包10的大面为宽边所在的表面，芯包10的侧面为窄边所在的表面。

作为一些较佳实施方式，参照附图2所示，第一板体204与芯包10相接触的一面设置有等间距排布的弧形凸起2041。由此设置，一方面可以使芯包10侧面与弧形凸起2041连接，使的芯包10与安装空间200实现过盈配合，另一方面，弧形凸起2041可以吸收芯包10充放电过程中微膨胀变形。

本实施例示出了换热件20另一种结构形态，具体的，参照附图5和6所示，换热件20还包括第三板体206，第三板体206位于换热件20远离芯包10极柱的一端，第三板体206分别与两块第一板体204及两块第二板体205固定连接，以对安装空间200的一端进行封堵，芯包10远离极柱的一端与第三板体206相接触。采用上述技术方案，通过设置第三板体206，可以对安装空间200一端进行封堵，避免芯包10在安装空间200内相对于换热件20发生位移。同时，芯包10被换热件20进行五个面的包裹，可以实现对芯包10进行保护。

作为一些较佳实施方式，第三板体206内也设置有所述换热流道201，第一板体204、第二板体205及第三板体206内部的换热流道201顺次串联；进液口202位于安装空间200开口端所在的第一板体204或第二板体205上，出液口203位于第三板体206上。由此设置，通过第三板体206内也设置有换热流道201，第一板体204、第二板体205及第三板体206内部的换热流道201顺次串联，可以实现芯包10五个面进行换热，大大提高芯包10的换热效率。

本实用新型还提供了一种电池模组，参照附图8-10所示，包括管路总成3、汇流排及多个的单体电芯1，多个单体电芯1并排设置，单体电芯1呈侧立设置，即芯包10的窄边处于水平设置，且芯包10的极柱端朝向水平方向一端，芯包10的大面相互邻接，相邻两个芯包10的极柱之间通过汇流排进行导电连接，由此设置，多个单体电芯1并排设置，并通过汇流排可以实现芯包10之间的电连接，芯包10之间可以串联或并联。为了使单体电芯1之间牢固连接，相邻两个单体电芯1之间可以设置导热结构胶或者双面胶粘贴固定，通过粘接将多个单体电芯1组合粘贴构成电池模组。

管路总成3用于将多个单体电芯1上的换热件20进行连接。由此实现电池模组中多个芯包10上的换热件20均能够循环通入换热介质。

作为一种实施方式，参照附图8所示，管路总成3包括进液管道31和出液管道32，进液管道31用于将各个换热件20上的进液口202进行并联，出液管道32用于将各个换热件20上的出液口203进行并联。由此设置，通过进液管道31和出液管道32来和多个换热件20并联，可以实现电池模组中多个换热件20同步通入换热介质，来实现电池模组中所有的芯包10同步实施热交换，提高换热效率。在实施并联过程中，只需要增大进液压力和流量即可满足多个换热件20同步通入换热介质。

作为另一种实施方式，参照附图9-13所示，管路总成3包括输入管道33、输出管道34及连通管道35，输入管道33和输出管道34分别与电池模组两端相同数量的至少两个相邻换热件20上的进液口202并联，电池模组中部的若干组相同数量的至少两个换热件20之间通过连通管道35进行串联。由此设置，整个电池模组换热件20串并结合，电池模组两侧设置输入管道33及输出管道34，来实现换热介质的输入和输出，可以降低管路总成3中的进液压力，在满足所有单体电芯1均能够实现换热的前提下，降低电池模组的功耗。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种集成热管理结构的单体电芯(1)，所述单体电芯(1)包括芯包(10)，其特征在于：还包括换热件(20)，所述换热件(20)上沿其长度方向具有安装空间(200)，所述芯包(10)插设于所述安装空间(200)中，且所述安装空间(200)的内表面与所述芯包(10)外表面相连接，所述换热件(20)内设有供换热介质流动的换热流道(201)，所述换热介质用于对所述芯包(10)外表面实施热交换。

2.如权利要求1所述的集成热管理结构的单体电芯(1)，其特征在于：所述芯包(10)带有极柱的一端延伸出所述安装空间(200)外侧，所述芯包(10)远离极柱的一端位于所述安装空间(200)内，所述安装空间(200)两端所在的换热件(20)上分别设置有与所述换热流道(201)相连通的进液口(202)和出液口(203)。

3.如权利要求2所述的集成热管理结构的单体电芯(1)，其特征在于：所述换热件(20)包括两块第一板体(204)和两块第二板体(205)，两块所述第一板体(204)间隔平行设置，两块所述第一板体(204)的同一端分别通过所述第二板体(205)固定连接，两个所述第一板体(204)和两块所述第二板体(205)相互围合形成供芯包(10)插入的所述安装空间(200)，所述第一板体(204)和所述第二板体(205)内部均设置有相互连通的所述换热流道(201)，所述进液口(202)位于所述安装空间(200)一端所在的第二板体(205)上，所述出液口(203)位于所述安装空间(200)另一端所在的所述第二板体(205)上。

4.如权利要求3所述的集成热管理结构的单体电芯(1)，其特征在于：所述第一板体(204)与所述芯包(10)的大面相接触，所述第二板体(205)与所述芯包(10)的侧面相接触，所述第一板体(204)与所述芯包(10)相接触的一面设置有等间距排布的弧形凸起(2041)。

5.如权利要求3所述的集成热管理结构的单体电芯(1)，其特征在于：所述换热件(20)还包括第三板体(206)，所述第三板体(206)位于换热件(20)远离所述芯包(10)极柱的一端，所述第三板体(206)分别与两块所述第一板体(204)及两块所述第二板体(205)固定连接，以对所述安装空间(200)的一端进行封堵，所述芯包(10)远离极柱的一端与所述第三板体(206)相接触。

6.如权利要求5所述的集成热管理结构的单体电芯(1)，其特征在于：所述第三板体(206)内也设置有所述换热流道(201)，所述第一板体(204)、第二板体(205)及第三板体(206)内部的换热流道(201)顺次串联；所述进液口(202)位于安装空间(200)开口端所在的第一板体(204)或第二板体(205)上，所述出液口(203)位于第三板体(206)上。

7.一种电池模组，其特征在于，包括管路总成(3)、汇流排及多个如权利要求3或6所述的单体电芯(1)，多个所述单体电芯(1)并排设置，所述单体电芯(1)呈侧立设置，且所述芯包(10)的极柱端朝向水平方向一端，所述芯包(10)的大面相互邻接，相邻两个所述芯包(10)的极柱之间通过所述汇流排进行导电连接，所述管路总成(3)用于将多个所述单体电芯(1)上的所述换热件(20)进行连接。

8.如权利要求7所述的电池模组，其特征在于：所述管路总成(3)包括进液管道(31)和出液管道(32)，所述进液管道(31)用于将各个换热件(20)上的进液口(202)进行并联，所述出液管道(32)用于将各个换热件(20)上的出液口(203)进行并联。

9.如权利要求7所述的电池模组，其特征在于：所述管路总成(3)包括输入管道(33)、输出管道(34)及连通管道(35)，所述输入管道(33)和输出管道(34)分别与所述电池模组两端相同数量的至少两个相邻换热件(20)上的进液口(202)并联，所述电池模组中部的若干组相同数量的至少两个换热件(20)之间通过连通管道(35)进行串联。

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